معلومات

رغوة معدنية تشبه العظام تظهر خصائص علاجية تشبه ولفيرين

رغوة معدنية تشبه العظام تظهر خصائص علاجية تشبه ولفيرين

طور مهندسو بنسلفانيا معادن "ذاتية الشفاء". في حين أننا لسنا على وشك رؤية التجديد الذاتي بالإعجاب مثل Marvel's Wolverine ، يمكن أن تشير النتائج إلى خطوة كبيرة في مجال الهندسة الميكانيكية.

يطلق المهندسون على أسلوبهم اسم "الشفاء" لأنه يظهر أوجه تشابه حقيقية مع عملية شفاء العظام - تحصل أجسامنا على الطاقة من مصدر خارجي ، أي الطعام.

ذات صلة: 9 مواد مثيرة للاهتمام يمكن أن تشكل المستقبل

معدن "شفاء"

عادةً ما تتضمن عملية إصلاح المعدن صهره باستخدام مشاعل اللحام التي يمكن أن تصل 6300 درجة فهرنهايت. تسمح العملية الجديدة ، التي حققها اثنان من المهندسين في بنسلفانيا ، بـ "التئام" المعدن في درجة حرارة الغرفة.

نُشرت الدراسة التي أجراها جيمس بيكول الأستاذ المساعد في قسم الهندسة الميكانيكية والميكانيكا التطبيقية وزكريا حسين طالب الدراسات العليا في مختبره في المجلة.مواد وظيفية متقدمة.

في بعض الحالات ، لا يعد صهر المعدن لإصلاحه خيارًا قابلاً للتطبيق. على سبيل المثال ، يضر الصهر بالتركيب الداخلي المعقد للرغاوي المعدنية - المعادن المصنوعة من جيوب الهواء الداخلية.

أثناء البحث عن طرق لإصلاح هذه الأنواع من المعادن ، استوحى Pikul و Hsain الإلهام من مواد "الشفاء الذاتي" الموجودة. هذه عادة ما تكون مصنوعة من البوليمرات والبلاستيك لينة نسبيا.

قال بيكول في بيان صحفي لـ Penn Engineering: "الطريقة التي يقوم بها الناس بالشفاء الذاتي اليوم هي تلقيح هذه البوليمرات بمواد كيميائية مختلفة ، عندما يتمزق هذا البوليمر ، يتم إطلاقه وخلطه مثل الإيبوكسي ، ويلصق المادة معًا مرة أخرى".

"يعمل هذا النهج مع البوليمرات لأن البوليمرات يمكن أن تتدفق ومن السهل نسبيًا إعادة تشكيلها في درجة حرارة الغرفة ، ولكن هذا يعني أن قوتها محدودة نتيجة لذلك."

من أجل معالجة الرغاوي المعدنية ، بدأ Pikul و Hsain بإيجاد طريقة لـ "الإحساس" بالمكان الذي تضررت فيه.

بدلاً من تغليف مواد كيميائية إضافية مستخدمة في الإصلاح ، أدرك الباحثون أنه من الممكن استخدام تكسير طبقة البوليمر كإشارة كيميائية من نوع ما.

استخدم الباحثان ترسيب البخار الكيميائي لإعطاء كل دعامة من رغوة النيكل طلاءًا متساويًا من Parylene D. يعتبر Parylene D بوليمر خامل كيميائيًا ومطاطيًا. تحمل المادة ضررًا أقل قليلاً من النيكل ، مما يعني أنها تنكسر أولاً عند تلف العينة ، مما يكشف المعدن الموجود أسفل الطلاء.

باستخدام هذا كإشارة ، تمكن الباحثون بعد ذلك من استخدام الطلاء الكهربائي لبناء دعامات نيكل جديدة فقط على النيكل المكشوف عند الحاجة.

يقول بيكول: "على عكس البوليمرات ، لا تتدفق المعادن في درجة حرارة الغرفة". "الشيء الجميل في الكيمياء الكهربائية هو أن أيونات المعادن يمكن أن تتحرك بسهولة عبر السائل المنحل بالكهرباء. ثم نستخدم الكيمياء الكهربائية لتحويل الأيونات إلى معدن صلب. يعمل البوليمر مثل قناع الطباعة الحجرية ويسمح فقط للأيونات بالتحول إلى معدن حيث تنكسر الرغوة المعدنية. "

نجح الفريق في معالجة ثلاثة أنواع من الأضرار في تجاربهم على عينات بمقياس سنتيمتر من رغوة النيكل المطلية بالبوليمر. وشملت هذه العينات التي بها شقوق ، والعينات التي تم تفكيكها ، والعينات التي تم تقسيمها إلى قطعتين.

تقليد الشفاء الذاتي في الجسم

لا يمكن القول أن هذه الطريقة تظهر حقًا التجدد الذاتي ؛ إنها تتطلب ، بعد كل شيء ، مصدر طاقة خارجي بالإضافة إلى المواد الخام. ومع ذلك ، يدعي Pikul أن العملية تتماشى مع الطريقة التي يحدث بها الشفاء الذاتي في جسم الإنسان.

يوضح بيكول: "أعتقد أن معظم الناس سيقولون أن العظام هي مادة ذاتية الشفاء ، وأعتقد ، من الناحية العملية ، أن مادتنا تشبه العظام إلى حد كبير. العظام ليست قائمة بذاتها أيضًا ؛ يحتاج إلى مصدر للطاقة والعناصر الغذائية للشفاء ، وكلاهما يأتي من تناول الطعام. في نظامنا ، تعمل هذه الوظائف بشكل مشابه لحمام الجهد والطلاء الكهربائي ".

وفقًا لإصدار Penn Engineering ، يأمل Pikul أن تنمو أوجه التشابه مع العلاج البيولوجي مع استمرار البحث.

قد لا نرى قدرات شبيهة بقدرات X-Men في أي وقت قريب ، لكن الطريقة تُظهر وعدًا كبيرًا في إصلاح أشياء مثل أبواب السيارات والأذرع الروبوتية وحتى مكونات محطات الفضاء.


شاهد الفيديو: السيليكون و فوائده!!! (سبتمبر 2021).